Дипломная работа: Особенности селекции люпина

Дипломная работа: Особенности селекции люпина

Введение

Узколистный люпин – ценная кормовая, сидеральная и пищевая культура.

В сложной ситуации сейчас находиться отечественное земледелие. Проводимые реформы в стране на многоукладность экономики и организации труда в сельском хозяйстве нарушили все его системы. Идет тенденция к снижению плодородия полей, все меньше применяются прогрессивные технологии возделывания сельскохозяйственных культур. В итоге – снижение урожайности и общий спад производства валовой продукции.

Для стабилизации растениеводческой продукции непременным условием является биологизация и экологизация земледелия на основе совершенствования структуры посевных площадей. Эта единственная возможность сохранить почвенное плодородие и прекратить обвальный спад производства продовольственного и фуражного зерна, грубых и сочных кормов.

Главным звеном биологической системы земледелия должно стать освоение севооборотов с короткой ротацией, предусматривающее увеличение бобовых культур в структуре посевов. Ведь для компенсации минеральных удобрений необходимы альтернативные источники питательных веществ, поскольку в таком земледелии уровень урожая формируют биологические факторы.

Говоря об активизации биологических факторов в системе земледелия путем посева одновидовых или смесей бобовых и злаковых растений, необходимо помнить, что биологизация должна означать не только замену антропогенных факторов естественными, но и представлять собой способ предотвращения возможных негативных последствий интенсификации растениеводства.

Таким образом, в существующем земледелии наличие бобовых трав в структуре посевов обязательно. Они – главный источник растительного белка и самые мощные азотфиксаторы. Трудно переоценить их пищевое, кормовое, агротехническое и экономическое значение. Одной из наиболее интересных таких культур является люпин узколистный.

Узколистный люпин имеет ряд объективных преимуществ:

Зерновая продуктивность (больше желтого люпина), высокая устойчивость к антракнозу и большая скороспелость (С.В. Бавровский, 1999). Достоинства узколистного люпина выдвигают его в ряд наиболее эффективных белоксинтезирующих растений. Это особенно важно для условий Нечерноземной зоны России, где возделывание других зернобобовых культур затруднено. В условиях экономического кризиса и ресурсного дефицита бобовые культуры имеют особое значение. Они – главный источник обогащения комовых рационов дешевым растительным белком (Т.Н. Слесарева, 1999). Производство растительного белка является центральной проблемой в решении продовольственных задач, т. к. продуктивность животноводства базируется, в основном, на растительном белке (В.С Лихачев, 1996).

Значение культуры люпина чрезвычайно велико не только как ценного кормового растения, но и как почвоулучшителя. Он накапливает в корнях и в надземной массе не менее 200 кг/га азота, обогащает активный слой почвы растворимыми формами фосфатов (В.И. Северов, 1996). Он обладает аллелопатическим и пролонгирующим действием. Люпин по праву можно назвать культурой многоцелевого использования. Его применяют в земледелии, животноводстве, лесоводстве, садоводстве, цветоводстве, почвозащитном деле, медицине, парфюмерии, лакокрасочной и пищевой промышленности. Экстракты из семян могут применяться при изготовлении медицинских препаратов, снижающих артериальное давление, регулирующих биоэнергетическую активность сердца, моторную и психическую активность. При современном уровне развития технологии переработки он является прекрасным сырьём для пищевого белка. Люпиновые белковые изоляты с успехом используются в хлебобулочной, макаронной, кондитерской, колбасной и мясоконсервной промышленности, в производстве диетических и лечебных профилактических продуктов.

Так белок люпина является хорошим компонентом для приготовления безглюциновых пищевых продуктов в виде печенья, пирожных и др. кондитерских изделий, обладающих диетическими и лечебно-профилактическими свойствами, включенных в питание школьников, студентов, спортсменов и космонавтов. Следовательно, узколистный люпин является культурой больших возможностей для многоцелевого использования: на удобрение и корм, на переработку для кормовых и пищевых целей. Наиболее полно потенциал люпина используется в Австралии, на втором мете – Беларусь. Дальше идут Польша, страны Африки, Испания, Чили, Россия и Германия. В Германии считают, что синий люпин (И.П. Такунов, 2001) должен спасти люпиносеяние в целом, называют его синим зонтиком надежды и «просветом для люпина». В Великобритании называют его «новым люпином» и «культурой будущего» и это действительно так. И у нас в России новые сорта узколистного люпина - это новый люпин.

В России люпиносеяние имело широкое развитие в шестидесятых годах прошлого века. Но в связи с массовым распространением болезней, низкими закупочными ценами на семена, малой урожайностью семян районированных тогда сортов, отличающихся продолжительным вегетационным периодом, площади под ним резко сократились. С появлением в настоящее время малоалколоидных сортов узколистного люпина наступил период его возрождения. Такой люпин является сравнительно новой культурой для С3 региона Росси и мало известен производственникам. Расширению его площадей препятствует хронический недостаток семян, так как возделываемые сорта не всегда созревают (Т.С. Козырев, 2001). Хотя устойчивое семеноводство узколистного люпина возможно в регионах с сумой активных температур свыше 1900 градусов по Цельсию за вегетационный период, пишет в журнале кормопроизводство №1 (2001) директор ВНИИ люпина, доктор сельскохозяйственных наук И.П. Такунов.

I. Обзор литературы. Хозяйственно-ценные признаки люпина узколистного

Основным достоинством люпина является его биологическая способность хорошо расти и развиваться на очень бедных песчаных почвах.

Обладая наивысшей азотфиксирующей способностью среди однолетних бобовых культур, люпин способен фиксировать при нормальном развитии в среднем 160-180 кг/га атмосферного азота. Исключительная нетребовательность люпина к почве объясняется также и тем, что его корневая система с помощью специальных выделений способна растворять труднорастворимые фосфорные соединения, недоступные для других культур, и накапливать в почве усвояемые формы фосфора. Кроме того, благодаря глубоко проникающей корневой системе, люпин усваивает в подпочвенных горизонтах промытые туда ранее и недоступные для других растений питательные вещества, в том числе калий и другие макро- и микроэлементы и, действуя как естественный насос, накапливает их в своей биомассе и вновь возвращает в пахотный слой почвы при запашке зеленой массы или пожнивных остатков и соломы. Люпин выступает здесь в роли биологического мелиоранта, предотвращая миграцию подвижных химических элементов в грунтовые воды, предохраняя тем самым от загрязнения окружающую среду. Зеленая масса люпина, запаханная в почву, эквивалентна по своему действию такому же количеству внесенного навоза, обогащает почву органическим веществом, повышает содержание в ней гумуса, значительно улучшает её физико-химические и биологические свойства и пищевой режим. Люпин оказывает большое влияние на улучшение качества сельскохозяйственной продукции. Запаханная зеленая масса люпина разлагается постепенно и в растениях не накапливается свободный азот, что мы часто наблюдаем при избыточном минеральном азотном питании растений. Кроме основной и неоценимой роли люпина в его внеконкурентной азотфиксирующей способности и возможности эффективного повышения плодородия бедных почв люпин обладает еще одним очень ценным свойством - является высокобелковым кормовым растением. Только соя по содержанию белка может сравниться с люпином. Белок люпина отличается высоким качеством, высокой переваримостью и из-за низкого содержания ингибиторов трипсина может использоваться в корм любым видам животных без предварительной термообработки, что обязательно при использовании в корм зерна сои.

Индекс МЕАА, используемый ФАО как показатель качества белка, составляет для люпина 70,65, в то время как МЕАА белка сои равен 69, 47.

Урожайность зеленой массы однолетних кормовых люпинов в зависимости от почвенно-климатических условий составляет в среднем 300-500 ц с 1 га, а в наиболее благоприятные годы достигает 700-800 и более центнеров. При урожайности зеленой массы люпина в 700 ц с гектара обеспечивается свыше 10 тонн сбора сухого вещества, в котором содержится более 2 тонн высококачественного кормового белка. Зеленая масса люпина хорошо поедается всеми видами животных как в свежем виде, так и в виде приготовленных кормов – силоса, сенажа, сена, витаминной муки, гранул, брикетов. Совместные посева люпина с ячменем для получения зернофуража и с овсом, кукурузой и другими культурами на зеленый корм и силос позволяют увеличить продуктивность пашни, повысить белковость получаемого корма и сбор белка с единицы площади и сбалансировать концентрированные и сочные корма по протеину непосредственно в поле без дополнительных затрат по их смешиванию при приготовлении кормов. Характерной особенностью белка люпина является полное отсутствие в нем проламинов, к которым относится глиадин и глютенин. В этой связи люпин является сырьем для создания безглютинных пищевых продуктов, обладающих диетическими и лечебно-профилактическими свойствами для детского питания.

Также люпин не вызывает аллергических реакций в организме, как это бывает при употреблении соевых продуктов.

Экстракты из семян горького люпина имеют потенциальную фармакологическую ценность и оказывают влияние на снижение артериального давления, биоэлектрическую активность сердца, моторную и психическую активность, не оказывая при этом наркотического действия. Алкалоид спартеин используется в качестве антиаритмичного средства. Возможно использование экстрактов люпина в качестве регуляторов роста.

Таким образом, люпин несет огромный биологический и экономический потенциал, который до настоящего времени полностью не используется.

Биологические особенности люпина

Однолетнее травянистое сильно облиственное растение. Стебель люпина узколистного прямостоячий. Ветвление начинается из пазух нижних листьев и идёт снизу вверх по главному стеблю. У позднеспелых форм преобладает длительное моноподиальное ветвление по всему растению снизу вверх, причем длина нижних побегов может достигать почти длины главного стебля. У скороспелых форм ветвление преимущественно симподиальное, верхушечное. Стебель не совсем выполненный, как бы гранёный, слабо опушённый, темно-зелёный, зелёный или светло-зелёный, иногда явно антоциановый – фиолетовый, фиолетово-коричневый, розовый.

Лист состоит из 7-8 узких, линейно-ланцетных листочков, согнутых по средней жилке – желобчатых. Соцветия небольшие, малоцветковые, с очередным расположением цветков. Венчик невзрачный, без запаха, различной окраски. Для всего вида L. Angustifolius характерна однородная окраска составных частей венчика – паруса, крыльев и лодочки.

Окраска венчика у узколистного люпина является одним из существенных морфологических признаков, которым, несомненно, необходимо пользоваться при подразделении этого вида на разновидности. Однако окраску венчика у L. Angustifolius никак нельзя рассматривать изолировано от окраски остальных частей растений (вегетативных органов и семян). Генетические исследования показывают, что у люпина узколистного часто наблюдается тесная коррелятивная зависимость окраски цветков, кожуры семян и вегетативных органов – стеблей и листьев.

Всё многообразие семян L. Angustifolius можно разделить по окраске семенной кожуры на 4 большие группы: белые, рыжие, коричневые, серые до черных. (Н.А. Майсурян, А.И. Атабекова.)

Морфогенез

В онтогенезе люпина можно выделить три основных периода: - первый: формирование и рост вегетативных органов (корней, стеблей и листьев), второй – формирование генеративных органов (соцветий и цветков) и третий период – формирование бобов и семян.

Видимые морфологические изменения отдельных органов и габитуса растений в процессе его развития принято отмечать по фенологическим фазам: появление всходов, розетка листьев, стеблевание, бутонизация, цветение и плодообразование, сизый боб, блестящий боб, спелый боб (Савичев, 1961; Наймарк, 1976)

Продолжительность фенофаз и этапов органогенеза зависит от генетических особенностей вида и сорта люпина, почвенно-климатических условий, технологических приемов возделывания и некоторых других факторов.

Рассмотрим этапы органогенеза у люпина по фенологическим фазам его развития.

Ø  Прорастание семян

Для того, чтобы зародыш семени тронулся в рост, необходимо, чтобы под действием ферментов сложные запасные углеводистые и белковые соединения клеток семядолей стали доступными для его питания. Эти биохимические процессы протекают после поступления воды в семена и их набухания. Для прорастания семян требуется воды в 1,5-2 раза больше веса семян. При достаточно влажности почвы и температуре не ниже 10 градусов Цеьлсия семена набухают в течение 1-2 суток. Однако часть семян может приобретать свойство твердокаменности, которое препятствует поступлению воды в семена, и они могут длительное время оставаться в почве в непроросшем состоянии. Большинство авторов считают, что причиной твердокаменности семян является их пересушивание во время хранения, при котором происходит пересыхание пектиновых веществ палисадного слоя клеток эпидермиса семенной кожуры, причем этот процесс может быть обратимым и необратимым (Ржанова, 1970)

Для устранения твердокаменности семян и получения дружных всходов необходимо проводить скарификацию семян.

Момент прорастания семян принято считать за начало онтогенеза растения, он соответствует 1 этапу органогенеза. Характеризуется формированием конуса нарастания и первых зародышевых листьев почки.

Ø  Фаза листовой розетки

Фаза листовой розетки наступает рослее появления всходов с момента образования двух настоящих свернувшихся листочков, укрывающих точку роста стебля, соответствует II этапу органогенеза. У основание конуса нарастания формируются габитус растения в целом.

Фаза прикорневой розетки у люпина узколистного практически отсутствует. После появления всходов и выноса семядолей на поверхность почвы начинается активный рост стебля параллельно с ростом корневой системы. В этом плане узколистный люпин по темпам первоначального роста выгодно отличается от желтого и белого люпинов и является наиболее скороспелым видом.

Ø  Фаза стеблевания

В разные годы фаза стеблевания длится от 9 до 23 дней и соответствует III-IV-V этапам органогенеза.

У узколистного люпина процессы формирования и роста побега осуществляются синхронно. (Борисова, 1990)

На четвертом этапе органогенеза происходит формирование генеративной сферы растения. У основания верхушечного конуса нарастания в пазухах листовых зачатков закладываются конусы нарастания ветвей второго порядка. На пятом этапе органогенеза формируются органы цветка.

Ø  Фаза бутонизации

Данная фаза характеризуется появлением бутонов на центральной кисти и длится до начала цветения в течение 8-15 дней и соответствует VI-VII-VIII этапам органогенеза.

На шестом этапе органогенеза происходит микро- и мегаспорогенез. На седьмом этапе идет формирование мужского и женского гаметофитов (двухядерной пыльцы и зародышевого мешка семяпочки) На восьмом этапе органогенеза происходит процесс опыления.

Ø  Фаза цветения и плодообразования

Данная фаза наступает с начала раскрытия первого цветка на первой мутовке главной кисти и заканчивается образованием бобов на центральной кисти, длится 9-13 дней и соответствует IX этапу органогенеза. На этом этапе происходит опыление и оплодотворение только у перекрестноопыляющихся видов люпина. У самоопыляющихся видов цветение происходит после того, как произошло самоопыление в нераскрытом бутоне, и сводится лишь к раскрытию цветка, биологическое значение которого пока еще мало изучено (Ржанова, 1970)

Период цветения люпина может затягиваться за счет цветения боковых ветвей.

Ø  Фаза сизого боба или зернообразования

наступает после цветения при образовании темно-зеленых бобиков, длиной 2-4 сантиметра, густо покрытых волосками, придающими бобам сизовато-серебристый оттенок. В эту фазу рост главного стебля в высоту приостанавливается. Дальнейший прирост урожая зеленой массы идет за счет роста боковых ветвей и налива зерна. Фаза сизого боба длится от 16 до 23 дней и соответствует X этапу органогенеза, который характеризуется начальной дифференциацией зародыша семени, образованием проэмбрио и закладкой семядолей и конуса нарастания почечки семени. К концу X этапа происходит полный налив зерна и бобы приобретают свойственную им форму (Савичев, 1961)

Ø  Фаза блестящего бобы или зеленой спелости

Соответствует XI этапу органогенеза. Зерно приобретает надлежащую форму. В этот период идёт усиленная аттракция питательных веществ из створок боба в семена. Темно-зеленая окраска бобов меняется на зеленую и светло-зеленую, бобы начинают блестеть. На одиннадцатом этапе органогенеза происходит формирование зародышевых листьев в почечке. В этой фазе заканчивается прирост биомассы и наиболее целесообразно убирать люпин на силос и запахивать на зеленое удобрение. К концу этой фазы при необходимости можно применять дефолиацию для ускорения уборки посевов на семенные цели.

Ø  Фаза спелого боба

Соответствует XII этапу органогенеза и связана с созреванием семян. В это время происходит окончательный отток питательных веществ в семядоли из всех органов растения, в том числе из створок боба и семенной кожуры. В семядолях протекают биохимические процессы по превращению простых органических соединений в сложные запасные вещества (Ржанова, 1970) В период восковой спелости зерна окраска семядолей белесая, корешок зародыша желтеет. В дальнейшем семядоли также приобретают желтый цвет. Бобы становятся плоскими с ярко очерченными местами расположения семян. Створки бобов вначале буреют, затем приобретают желто-коричневый цвет. В сухую погоду растения люпина полностью засыхают и наступает пора уборки. В дождливую погоду часть листьев на боковых ветвях может быть еще зеленой, что осложняет уборку и требует дополнительных затрат для проведения дефолиации.

В.С. Шевелуха (1992) отмечает в онтогенезе люпина два основных периода роста: 1) медленный рост надземных и быстрый рост подземных органов в фазу розетки листьев; 2) быстрый рост стебля и корневой системы в фазы стеблевания и бутонизации. Второй период является критическим в отношении влаги.

Значение и особенности развития корневой системы

В системе целого растения корневую систему можно рассматривать не только в качестве «энергетического блока», отводящего ассимиляты листа и, таким образом, регулирующего фотосинтез, но и учитывая факт обеспечения растения через корни различными минеральными и физиологически активными веществами, - органа, определяющего слаженность и интенсивность течения всего комплекса процессов метаболизма. К настоящему времени накоплен большой фактический материал, указывающий на то, что фотосинтетическая активность листьев в большой мере зависит от функционального состояния корневой системы растения.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10